一种低功耗固态激光传感系统的制作方法

1.本发明属于激光传感技术领域，具体为一种低功耗固态激光传感系统。


背景技术：

2.在海洋、水生态环境、水文水资源监测，以及地球物理学、河流动力学科学研究等领域，水深/水位是最重要的监测要素之一。目前使用的测量技术手段主要包括常规的海洋浮标、河道水尺、浮子式水位计、压力式水位计、超声波水位计、微波雷达水位计等固定站点的测深(或测水位)，以及基于船载平台的主动式声学探测、星载平台的被动式光学/微波遥感等区域性测深等。对于区域性或水文全断面的测深，声学探测(特别是多波束测深系统)是应用最广的测量技术，但对于浅水区(搭载仪器的船只无法进入或甚低流速、狭窄水面等区域)的测深应用存在较大困难。光学遥感易受水体透明度及海－气/河－气界面复杂光学环境的影响，微波遥感易受海流/水流和风速条件的影响，测量的应用严重受限。另外，超大尺度下相对极低分辨率的星载遥感测验成果目前尚无法满足监测应用业务的要求。
3.但是常见的激光传感测量系统咋使用时的精度不够高，只通过单一的激光器进行测量，影响了测量时的精度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种低功耗固态激光传感系统。
5.本发明采用的技术方案如下：一种低功耗固态激光传感系统，包括数据采集模块、激光接收模块、测量模块、激光器节能控制模块、激光模块、gps模块、倾角测量模块和电子罗盘模块，所述数据采集模块的输出端连接有所述激光接收模块的输入端，所述激光接收模块的输出端连接有所述测量模块的输入端，所述测量模块的输出端连接有所述激光器节能控制模块的输入端，所述激光器节能控制模块的输出端连接有所述激光模块的输入端。
6.在一优选的实施方式中，所述数据采集模块的内部设置有激光模块、gps模块、倾角测量模块和电子罗盘模块，所述激光模块、gps模块、倾角测量模块和电子罗盘模块的整体输出端连接有所述数据采集模块的输入端。
7.在一优选的实施方式中，所述激光模块采用的是激光测距传感器。测程可达250m，测量误差在8.5cm左右，它向待测目标发射激光脉冲，并接收被目标反射回来的激光脉冲，通过测量脉冲的传播时间，得到固态激光传感器到目标之问的距离，然后将数据发送给数据融合模块。
8.在一优选的实施方式中，所述gps模块主要由两部分组成，分别是嵌入固态激光gps芯片的pcb板和固态激光gps天线。固态激光gps天线用来接收使用过程中传输的gps信号，包括坐标信息，utc时间，模式指示信息。所述gps模块的内部设置有用于安装芯片的pcb板，该pcb板使用sirfiii单芯片gsc3f/lp：该芯片的频率为l1，1575.42mhz：采用1.023mhz的c/a码；定位精度达2.5m，支持串口通信。利用差分定位方式获得经度和纬度信息，从而减
小误差，定位精度可达到厘米级，符合本发明目标的要求。
9.在一优选的实施方式中，所述倾角测量模块选择adxl345作为固态激光传感系统的测量模块，adxl345为三轴加速度测量模块，在激光测距定位仪使用的过程中，作为倾斜传感器。固态激光传感系统的测量模块功耗小。adxl345模块在倾斜检测应用中测量静态重力加速度，通过测量x轴和y轴上的加速度分量，从而得到俯仰角和翻滚角，测量出0.1度的倾角变化。adxl345测量模块采用多晶硅表面微加工结构，差分电容由独立固定板和活动质量连接板组成，能对结构偏转进行测量。
10.在一优选的实施方式中，所述电子罗盘模块采用霍尼韦尔hmc5883l作为电子罗盘模块，它在罗盘和磁场检测领域具有很高的性价比，广泛应用于消费类电子设备，例如手机、平板电脑、导航设备。hmc5883l电子罗盘模块采用的霍尼韦尔各向异性磁阻技术明显优于其他磁传感器技术，它的抗干扰能力强、温度特性平稳、工作频率宽、分辨率高、体积小并且易于安装。hmc5883l作为电子罗盘模块传感器的对于正交轴低敏感行的固相结构的测量范围在5毫高斯到8高斯之间。所述hmc5883l作为电子罗盘模块的集成度高，内置功能丰富，包括置位/复位电路、放大电路、补偿电路、滤波电路和adc电路，进行自动消磁、自测、偏移补偿，同时也在需要时连续输出方位角信息。
11.在一优选的实施方式中，所述激光接收模块由光电探测器、前置放大电路和主放大电路所组成，所述激光接收模块将被目标发射回来的固态激光脉冲信号通过光电探测器转化为电信号，然后对电信号进行放大处理，最后送入时刻鉴别电路进行鉴别，输出停止计时信号。
12.在一优选的实施方式中，所述测量模块的工作流程就是当固态激光信号经过光电转换，滤波和放大系列处理后的回波信号达到设定的阂值时，时刻鉴别电路就会给高精度固态激光时间间隔测量模块发送一个高电平信号作为停止计时信号。
13.在一优选的实施方式中，所述激光器节能控制模块采用arm通过spi接口控制单片集成恒流源dac芯片max5113的方式实现激光器的5路电流驱动；max5113芯片是一款9通道，spi驱动的14位精度的电流型输出dac芯片，spi接口驱动期间时钟速度最高可达25mhz，芯片内部集成参考电压源，32引脚的tqfn封装尺寸为3mm*3mm，内部各通道由3.3v供电，每次程序运行一个周期或上位机发送命令完成一次电流设置。
14.在一优选的实施方式中，所述激光器节能控制模块的具体电路arm通过spi的4根数据控制数据线与max5113进行通信，电路周边只需简单的去耦电容即可满足s7500的5路恒流源的设计要求。为了方便输入到s7500的5路电流源的电流，在max5113和s7500之间串联5个高精度低阻值的电阻，用于电压测量，判断max5113是否有电流输出，同时判定其是否工作。
15.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
16.1、本发明中，数据采集模块的内部设置有激光模块、gps模块、倾角测量模块和电子罗盘模块，从而可以在固态激光传感系统的使用过程中，可以对参考的数据进行更为全面的采集扫描，从而提高了后续的的使用过程中的精度，提高了使用时的精确性。
17.2、本发明中，激光器节能控制模块的具体电路arm通过spi的4根数据控制数据线与max5113模块进行低功耗固态激光传感通信实现了一种基于arm处理器的扫描式解调仪控制方法，采用低功耗arm处理最小系统、光电采集以及对数放大器组成了扫描光源解调系
统。利用1*4光纤分路器和4个耦合器搭建了星载四通道基于mg-y可调谐光源的微型低功耗的fbg解调系统，实现了微型低功耗解调性能，从而降低了整个系统化的功耗，使得本系统更加环保，降低了使用成本。
附图说明
18.图1为本发明的系统框图；
19.图2为本发明中数据采集模块系统框图。
20.图中标记：1-数据采集模块、2-激光接收模块、3-测量模块、4-激光器节能控制模块、5-激光模块、6-gps模块、7-倾角测量模块、8-电子罗盘模块。
具体实施方式
21.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
22.参照图1-2，
23.实施例：
24.一种低功耗固态激光传感系统，包括数据采集模块1、激光接收模块2、测量模块3、激光器节能控制模块4、激光模块5、gps模块6、倾角测量模块7和电子罗盘模块8，数据采集模块1的输出端连接有激光接收模块2的输入端，激光接收模块2的输出端连接有测量模块3的输入端，测量模块3的输出端连接有激光器节能控制模块4的输入端，激光器节能控制模块4的输出端连接有激光模块5的输入端。
25.数据采集模块1的内部设置有激光模块5、gps模块6、倾角测量模块7和电子罗盘模块8，激光模块5、gps模块6、倾角测量模块7和电子罗盘模块8的整体输出端连接有数据采集模块1的输入端。
26.激光模块5采用的是激光测距传感器。测程可达250m，测量误差在8.5cm左右，它向待测目标发射激光脉冲，并接收被目标反射回来的激光脉冲，通过测量脉冲的传播时间，得到固态激光传感器到目标之问的距离，然后将数据发送给数据融合模块。
27.gps模块6主要由两部分组成，分别是嵌入固态激光gps芯片的pcb板和固态激光gps天线。固态激光gps天线用来接收使用过程中传输的gps信号，包括坐标信息，utc时间，模式指示信息。gps模块6的内部设置有用于安装芯片的pcb板，该pcb板使用sirfiii单芯片gsc3f/lp：该芯片的频率为l1，1575.42mhz：采用1.023mhz的c/a码；定位精度达2.5m，支持串口通信。利用差分定位方式获得经度和纬度信息，从而减小误差，定位精度可达到厘米级，符合本发明目标的要求。
28.倾角测量模块7选择adxl345作为固态激光传感系统的测量模块，adxl345为三轴加速度测量模块，在激光测距定位仪使用的过程中，作为倾斜传感器。固态激光传感系统的测量模块功耗小。adxl345模块在倾斜检测应用中测量静态重力加速度，通过测量x轴和y轴上的加速度分量，从而得到俯仰角和翻滚角，测量出0.1度的倾角变化。adxl345测量模块采用多晶硅表面微加工结构，差分电容由独立固定板和活动质量连接板组成，能对结构偏转进行测量。
29.电子罗盘模块8采用霍尼韦尔hmc5883l作为电子罗盘模块，它在罗盘和磁场检测领域具有很高的性价比，广泛应用于消费类电子设备，例如手机、平板电脑、导航设备。hmc5883l电子罗盘模块采用的霍尼韦尔各向异性磁阻技术明显优于其他磁传感器技术，它的抗干扰能力强、温度特性平稳、工作频率宽、分辨率高、体积小并且易于安装。hmc5883l作为电子罗盘模块传感器的对于正交轴低敏感行的固相结构的测量范围在5毫高斯到8高斯之间。hmc5883l作为电子罗盘模块的集成度高，内置功能丰富，包括置位/复位电路、放大电路、补偿电路、滤波电路和adc电路，进行自动消磁、自测、偏移补偿，同时也在需要时连续输出方位角信息。
30.激光接收模块2由光电探测器、前置放大电路和主放大电路所组成，激光接收模块2将被目标发射回来的固态激光脉冲信号通过光电探测器转化为电信号，然后对电信号进行放大处理，最后送入时刻鉴别电路进行鉴别，输出停止计时信号。
31.测量模块3的工作流程就是当固态激光信号经过光电转换，滤波和放大系列处理后的回波信号达到设定的阂值时，时刻鉴别电路就会给高精度固态激光时间间隔测量模块发送一个高电平信号作为停止计时信号。
32.激光器节能控制模块4采用arm通过spi接口控制单片集成恒流源dac芯片max5113的方式实现激光器的5路电流驱动；max5113芯片是一款9通道，spi驱动的14位精度的电流型输出dac芯片，spi接口驱动期间时钟速度最高可达25mhz，芯片内部集成参考电压源，32引脚的tqfn封装尺寸为3mm*3mm，内部各通道由3.3v供电，每次程序运行一个周期或上位机发送命令完成一次电流设置。
33.激光器节能控制模块4的具体电路arm通过spi的4根数据控制数据线与max5113进行通信，电路周边只需简单的去耦电容即可满足s7500的5路恒流源的设计要求。为了方便输入到s7500的5路电流源的电流，在max5113和s7500之间串联5个高精度低阻值的电阻，用于电压测量，判断max5113是否有电流输出，同时判定其是否工作。
34.本发明中，数据采集模块1的内部设置有激光模块5、gps模块6、倾角测量模块7和电子罗盘模块8，从而可以在固态激光传感系统的使用过程中，可以对参考的数据进行更为全面的采集扫描，从而提高了后续的的使用过程中的精度，提高了使用时的精确性。
35.本发明中，激光器节能控制模块4的具体电路arm通过spi的4根数据控制数据线与max5113模块进行低功耗固态激光传感通信实现了一种基于arm处理器的扫描式解调仪控制方法，采用低功耗arm处理最小系统、光电采集以及对数放大器组成了扫描光源解调系统。利用1*4光纤分路器和4个耦合器搭建了星载四通道基于mg-y可调谐光源的微型低功耗的fbg解调系统，实现了微型低功耗解调性能，从而降低了整个系统化的功耗，使得本系统更加环保，降低了使用成本。
36.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
37.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种低功耗固态激光传感系统，包括数据采集模块(1)、激光接收模块(2)、测量模块(3)、激光器节能控制模块(4)、激光模块(5)、gps模块(6)、倾角测量模块(7)和电子罗盘模块(8)，其特征在于：所述数据采集模块(1)的输出端连接有所述激光接收模块(2)的输入端，所述激光接收模块(2)的输出端连接有所述测量模块(3)的输入端，所述测量模块(3)的输出端连接有所述激光器节能控制模块(4)的输入端，所述激光器节能控制模块(4)的输出端连接有所述激光模块(5)的输入端。2.如权利要求1所述的一种低功耗固态激光传感系统，其特征在于：所述数据采集模块(1)的内部设置有激光模块(5)、gps模块(6)、倾角测量模块(7)和电子罗盘模块(8)，所述激光模块(5)、gps模块(6)、倾角测量模块(7)和电子罗盘模块(8)的整体输出端连接有所述数据采集模块(1)的输入端。3.如权利要求1所述的一种低功耗固态激光传感系统，其特征在于：所述激光模块(5)采用的是激光测距传感器；测程可达250m，测量误差在8.5cm左右，它向待测目标发射激光脉冲，并接收被目标反射回来的激光脉冲，通过测量脉冲的传播时间，得到固态激光传感器到目标之问的距离，然后将数据发送给数据融合模块。4.如权利要求1所述的一种低功耗固态激光传感系统，其特征在于：所述gps模块(6)主要由两部分组成，分别是嵌入固态激光gps芯片的pcb板和固态激光gps天线。5.如权利要求1所述的一种低功耗固态激光传感系统，其特征在于：所述倾角测量模块(7)选择adxl345作为固态激光传感系统的测量模块，adxl345为三轴加速度测量模块，在激光测距定位仪使用的过程中，作为倾斜传感器。6.如权利要求1所述的一种低功耗固态激光传感系统，其特征在于：所述电子罗盘模块(8)采用霍尼韦尔hmc5883l作为电子罗盘模块。7.如权利要求1所述的一种低功耗固态激光传感系统，其特征在于：所述激光接收模块(2)由光电探测器、前置放大电路和主放大电路所组成，所述激光接收模块(2)将被目标发射回来的固态激光脉冲信号通过光电探测器转化为电信号，然后对电信号进行放大处理，最后送入时刻鉴别电路进行鉴别，输出停止计时信号。8.如权利要求1所述的一种低功耗固态激光传感系统，其特征在于：所述测量模块(3)的工作流程就是当固态激光信号经过光电转换，滤波和放大系列处理后的回波信号达到设定的阂值时，时刻鉴别电路就会给高精度固态激光时间间隔测量模块发送一个高电平信号作为停止计时信号。9.如权利要求1所述的一种低功耗固态激光传感系统，其特征在于：所述激光器节能控制模块(4)采用arm通过spi接口控制单片集成恒流源dac芯片max5113的方式实现激光器的5路电流驱动；max5113芯片是一款9通道，spi驱动的14位精度的电流型输出dac芯片，spi接口驱动期间时钟速度最高可达25mhz，芯片内部集成参考电压源，32引脚的tqfn封装尺寸为3mm*3mm，内部各通道由3.3v供电，每次程序运行一个周期或上位机发送命令完成一次电流设置。10.如权利要求1所述的一种低功耗固态激光传感系统，其特征在于：所述激光器节能控制模块(4)的具体电路arm通过spi的4根数据控制数据线与max5113进行通信，电路周边只需简单的去耦电容即可满足s7500的5路恒流源的设计要求；为了方便输入到s7500的5路电流源的电流，在max5113和s7500之间串联5个高精度低阻值的电阻，用于电压测量，判断
max5113是否有电流输出，同时判定其是否工作。

技术总结
本发明公开了一种低功耗固态激光传感系统。本发明中，采用低功耗ARM处理最小系统、光电采集以及对数放大器组成了扫描光源解调系统。利用1*4光纤分路器和4个耦合器搭建了星载四通道基于MG-Y可调谐光源的微型低功耗的FBG解调系统，实现了微型低功耗解调性能，从而降低了整个系统化的功耗，使得本系统更加环保，降低了使用成本，数据采集模块的内部设置有激光模块、GPS模块、倾角测量模块和电子罗盘模块，从而可以在固态激光传感系统的使用过程中，可以对参考的数据进行更为全面的采集扫描，从而提高了后续的使用过程中的精度，提高了使用时的精确性。了使用时的精确性。了使用时的精确性。


技术研发人员：王鸿飞 杨生兰 邬剑 何小玉 郭定海 赖宗林 蒋泽峰 张兴壮 熊一帆
受保护的技术使用者：国网四川省电力公司超高压分公司
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/7/12